On réalise deux modèles numériques: le premier modèle basé sur l'hypothèse d'un écoulement isentropique et irrotationnel, a été utilisé pour décrire le noyau central du jet. L'évolution, ainsi calculée pour le nombre de mach et la masse volumique au sein du jet, concorde avec celle obtenue antérieurement par d'autres méthodes. Le second modèle, plus général, permet de décrire la totalité de l'écoulement, en particulier la partie rotationnelle du jet. Les positions de la frontière et du choc latéral sont calculées pour différentes conditions de détente. Bon accord avec les données bibliographiques. Détermination expérimentale de la masse volumique locale et de la position du choc latéral

Thirty-five papers from the conference on rarefied gas dynamics discuss inelastic collisions, experimental techniques, particle and mixture flows, and clusters.

Cette thèse est consacrée à l'étude des propriétés aéroacoustiques de jets supersoniques impactant une paroi par simulation des grandes échelles. Ces simulations sont réalisées à partir des équations de Navier-Stokes 3-D instationnaires compressibles exprimées pour des coordonnées cartésiennes ou cylindriques. Afin de résoudre ces équations, des schémas numériques de différenciation spatiale et d'intégration temporelle peu dispersifs et peu dissipatifs sont utilisés. Les écoulements étudiés étant supersoniques, une procédure de capture de choc est également implémentée afin de supprimer les oscillations de Gibbs de part et d'autre des chocs.Dans un premier temps, un jet rond libre et quatre jets ronds impactant une paroi avec un angle de 90 degrés sont simulés sur des maillages cylindriques. Ces jets sont supersoniques, sous-détendus, et sont caractérisés par un nombre de Reynolds calculé à partir du diamètre du jet de Re=60.000, et par un nombre de Mach parfaitement détendu de Mj=1.56. Les résultats du jet libre sont tout d'abord présentés. Ils sont comparés aux résultats de plusieurs études expérimentales et de modèles afin de valider l'approche numérique utilisée. Notamment, les différentes composantes acoustiques spécifiques aux jets sous-détendus comme le bruit de choc large-bande et le bruit de screech sont observées et analysées. Les résultats obtenus pour les quatre jets impactant une paroi sont ensuite examinés. Dans ce cas, la présence d'une boucle de rétroaction aéroacoustique entre les lèvres de la buse et la paroi est montrée. Pour finir, le comportement aérodynamique et aéroacoustique des jets est étudié, et comparé à différentes études numériques et expérimentales de la littérature. Quatre jets plans supersoniques idéalement détendus impactant une paroi avec un angle de 90 degrés sont ensuite calculés. Ils ont un nombre de Reynolds évalué à partir de la hauteur de la buse de Re=50.000 et un nombre de Mach de Mj=1.28. Une boucle de rétroaction aéroacoustique entre la buse et la paroi est de nouveau mise en évidence. Une combinaison de modèles associant un modèle d'onde stationnaire aérodynamique-acoustique et un modèle de stabilité de jet plan 2-D avec des couches de mélange infiniment minces est alors proposée. Ce modèle permet de déterminer à la fois les fréquences les plus probables de la boucle de rétroaction aéroacoustique et leurs natures plane ou sinueuse.Enfin, les simulations de deux jets plans supersoniques impactant une paroi avec des angles de 60 et 75 degrés sont réalisées grâce à l'utilisation de deux maillages cartésiens, par une méthode de recouvrement de maillages. Les modifications des propriétés de la boucle de rétroaction aéroacoustique lorsque l'angle d'impact dévie de 90 degrés sont ainsi étudiées.

Ce travail est consacré à la mise au point de deux outils permettant d'accéder à une meilleure connaissance de la détente en jet supersonique libre. La tomographie par déviation de faisceau laser est d'une part étudiée et appliquée à la reconstruction locale de la masse volumique dans l'écoulement produit par l'interaction de deux jets d'axes parallèles. La méthode est caractérisée. Les erreurs de reconstruction sont analysées; les influences de l'échantillonnage et de la largeur du faisceau sont en particulier discutées. Les limites de la méthode, la précision et la résolution spatiale sont indiquées. La reconstruction de cartes 2D de masse volumique au voisinage de la tuyère montre que l'interaction produit un jet secondaire borde par des chocs obliques, dont la position et la forme sont déterminées. A partir d'une certaine distance du plan d'éjection, la masse volumique le long de l'axe Ox du jet secondaire décroit comme l'inverse du carré de la distance à la tuyère. Le rapport de la masse volumique sur l'axe Ox et de la masse volumique dans les conditions génératrices dépend peu de la pression génératrice et du rapport de pression. Une loi de similitude donnant l'évolution de la masse volumique le long de l'axe Ox est proposée. Les résultats expérimentaux sont comparés aux résultats d'un modèle fondé sur le calcul de traversée d'un choc oblique. Le couplage entre les relaxations translationnelles et rotationnelles est, d'autre part, modélisé. L’évolution des grandeurs macroscopiques au cours de la détente est déterminée à l'aide de la méthode des moments de l'équation de Boltzmann. Le modèle prend en compte le déséquilibre rotationnel et le déséquilibre interne au mode translationnel, décrit par l'écart entre les températures parallèle et perpendiculaire. Le formalisme est applique à la détente d'un mélange de gaz monoatomique et diatomique. L’accent est porté sur l'analyse des différentes hypothèses sous-jacentes au calcul et sur la modélisation de la relaxation rotationnelle. L’importance du couplage entre les deux phénomènes de relaxation est soulignée

LES PHENOMENES DE MELANGE ENTRE DEUX FLUIDES INTERVIENNENT DANS BON NOMBRE D'APPLICATIONS INDUSTRIELLES, EN PARTICULIER DANS LE DOMAINE DE LA PROPULSION, OU CES MELANGES S'EFFECTUENT A TRES HAUTE VITESSE. CE TYPE D'ECOULEMENT FAIT L'OBJET, A L'HEURE ACTUELLE, DE RECHERCHES INTENSIVES. LA PRESENTE ETUDE S'INTERESSE AU CAS D'UN JET FORTEMENT CHAUFFE. ELLE S'EFFECTUE A LA FOIS SUR LE PLAN EXPERIMENTAL ET SUR LE PLAN NUMERIQUE. POUR LA PRESENTE ETUDE, TROIS VALEURS DE TEMPERATURE D'ARRET DU JET ONT ETE SELECTIONNEES: 330 K (IDENTIQUE A LA TEMPERATURE D'ARRET DE L'ECOULEMENT EXTERIEUR), 670 K ET 1040 K. LES MESURES PRESENTEES ONT ETE REALISEES AU MOYEN DE SONDES DE PRESSION, D'UN THERMOCOUPLE ET D'UN VELOCIMETRE LASER BIDIRECTIONNEL. DES DIFFICULTES METROLOGIQUES ONT ETE RENCONTREES AU COURS DE L'EXPERIENCE. AUSSI, NOUS AVONS DEVELOPPE UN CHAPITRE SUR LES METHODES DE MESURE ET LEURS CONTROLES. LES RESULTATS DE CETTE EXPERIENCE MONTRENT DES ANALOGIES AVEC LE CAS DES COUCHES DE MELANGE PLANES COMPRESSIBLES. LES TAUX D'EVASEMENT DE LA COUCHE DE MELANGE DES JETS, NORMALISES PAR LEURS HOMOLOGUES INCOMPRESSIBLES ONT DES COMPORTEMENTS TOUT A FAIT IDENTIQUES A CEUX DES COUCHES DE MELANGE PLANES. MALGRE CES RESSEMBLANCES, LA PRESENCE DE LA COUCHE LIMITE INITIALE SUR L'EJECTEUR PERTURBE FORTEMENT L'EXPANSION DES JETS. ELLE EST RESPONSABLE DE L'ABSENCE DE SIMILITUDE, SURTOUT DANS LE CAS DU JET A TEMPERATURE D'ARRET CONSTANTE. UNE ETUDE NUMERIQUE PARALLELE A ETE ENTREPRISE. UN CODE DE CALCUL RESOLVANT LES EQUATIONS DE MOUVEMENT MOYENNEES DANS LE CADRE DE L'HYPOTHESE DE COUCHE MINCE A ETE UTILISE. DANS CES CALCULS LA MODELISATION DES TERMES TURBULENTS EST LIMITEE A DES MODELES DE TYPE LONGUEUR DE MELANGE. MALGRE LA SIMPLICITE DU MODELE, NOUS AVONS PU REMARQUER QUE LA MASSE VOLUMIQUE DU JET EST IMPORTANTE POUR REPRESENTER CE GENRE D'ECOULEMENT

Lors du décollage d'un lanceur Ariane les jets des propulseurs éclatent sur la table de lancement. L'objectif de cette étude était de caractériser et de modéliser le bruit produit par cet impact. Pour faciliter la compréhension des phénomènes physiques, l'attention a été concentrée sur le rayonnement acoustique produit par l'impact normal d'un unique jet supersonique sur un obstacle plan de grande dimension. La bibliographie sur ce sujet est restreinte. Pour pallier ce manque d'information, une étude expérimentale a été réalisée. L'analyse du champ sonore et des localisations de sources par réseau de capteurs ont permis de dégager la contribution des différentes parties de l'écoulement dans le rayonnement sonore. Lorsque l'obstacle est proche de la tuyère, le jet pariétal apparaît comme la source acoustique dominante. Dans les autres configurations, le jet libre amont de l'obstacle est prédominant. Lors de l'impact d'un jet, une source sonore est aussi localisée dans la zone d'impact. L'introduction d'un obstacle de grande dimension dans un jet supersonique ne modifie pas sensiblement la puissance acoustique rayonnée et sa répartition spectrale. La conservation de ce spectre et une analyse du champ acoustique laissent supposer que les instabilités de l'écoulement restent la source prépondérante de bruit lors de l'impact d'un jet supersonique. Les caractéristiques de ces instabilités ont été calculées et l'importance des instabilités du jet pariétal dans la génération du bruit a été confirmée. La conservation de la fréquence maximum du spectre de puissance acoustique rayonnée a pu être justifiée par ces calculs. Une modélisation du champ acoustique rayonné par l'impact d'un jet supersonique a finalement été développée. Les résultats confortent les conclusions tirées de l'étude expérimentale et des calculs d'instabilité. Des expériences complémentaires seront nécessaires pour évaluer dans quelles mesures les conclusions de cette étude s'étendent aux impacts de jets très fortement supersoniques.